DE2919280A1 - CIRCUIT FOR SELECTING AUTOMATIC DYNAMIC COMPRESSION OR EXPANSION - Google Patents
CIRCUIT FOR SELECTING AUTOMATIC DYNAMIC COMPRESSION OR EXPANSIONInfo
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Description
Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1
6000 Frankfurt/Main 706000 Frankfurt / Main 70
Hannover, den 08.05.1979 K9E2-Kör/gnHanover, May 8th, 1979 K9E2-Kör / gn
Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -ExpansionCircuit for optional automatic dynamic compression or expansion
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit for optional automatic dynamic compression or expansion according to the preamble of claim 1.
Kompander werden ζar Störabstandsverbesserung bei der Signalübertragung auf Strecken sowie bei der Signalspeicherung eingesetzt. Die Arbeitsweise besteht darin, schwache Signale vor der Übertragung oder Speicherung in ihrem Pegel anzuheben und nach der Übertragung oder Wiedergabe abzusenken. Dabei werden die auf dem übertragungsweg e hinzukommenden Störsignale mit abgesenkt. Außerdem können Sbörsignale durch ITutzsignale mehr oder weniger verdeckt werden. Der Verdeckungseffekt ist eine physiologische Erscheinung tind hängt davon ab, wieweit das Nutzsignal und das Btörsignal in der Frequenz voneinander abweichen. Es ist deshalb zweckmäßig, das Niederfrequenzspektrum in mehrere frequenzselektive Kanäle aufzuteilen und das Übertragungsmaß in diesen Kanälen nur in Abhängigkeit von den darin auftretenden Nutssignalen·Companders are used to improve the signal-to-noise ratio in the Signal transmission on routes as well as used for signal storage. The way it works is to increase the level of weak signals before transmission or storage and after transmission or Lower playback. The interfering signals added on the transmission path e are also reduced. In addition, exchange signals can be more or less covered by IT useful signals. The masking effect is one physiological appearance tind depends on how far the useful signal and the disturbing signal in frequency of one another differ. It is therefore advisable to divide the low-frequency spectrum into several frequency-selective channels and the transmission rate in these channels only depending on the groove signals occurring in them
30047/030130047/0301
- 4 - ' H 79/36- 4 - 'H 79/36
zu regeln. Ein für professionelle Zwecke ausreichender Verdeckungseffekt läßt sich mit vier frequenzselektiven Kanälen erzielen. Für semiprofessionelle - und Konsumzwecke ist ein geringerer Aufwand erwünscht. Ausgehend von der Überlegung, daß der Aufwand und damit die Kosten etwa proportional der Anzahl der Kanäle sind, ist für semiprofessionelle Zwecke die Beschrankung auf zwei Kanäle sinnvoll.to regulate. A sufficient one for professional purposes The masking effect can be achieved with four frequency-selective channels. For semi-professional and consumer purposes less effort is desired. Based on the consideration that the effort and thus the costs are roughly proportional to the number of channels, the limitation to two is for semi-professional purposes Channels make sense.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein solcher Kompander, der nach den Grundsätzen eines Vierkanal-Kompander - mit Ausnahme der anderen Übergangsfrequenzen - konzipiert wurde, bereits einen Rauscheffekt bei bestimmten extremen Signaldarbietungen zeigt, z.B. starke,spektralreine Signale .im Grundtonbereich. Wenn es nur darauf ankäme, diese Signale rauschfrei zu behandeln, könnte die Übergangsfrequenz der beiden Kompanderkanäle herabgesetzt werden. Dies führt aber zu einem ungünstigen Rauschverhalten im Diskantbereich.However, it has been shown that such a compander, the Designed according to the principles of a four-channel compander - with the exception of the other crossover frequencies already shows a noise effect with certain extreme signal presentations, e.g. strong, spectrally pure Signals in the fundamental range. If it were only a matter of treating these signals in a noise-free manner, the crossover frequency of the two compander channels could be reduced. However, this leads to an unfavorable noise behavior in the treble range.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Aufteilung des Übertragungsbereichs in zwei Frequenzbereiche mit subjektiv etwa gleicher Rauschleistung, die Stör- und Rauschbefreiung tieffrequenter Signale zu verbessern.The invention is therefore based on the task of dividing the transmission range into two frequency ranges with subjectively roughly the same noise power, the interference and noise removal of low-frequency signals increases to enhance.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst, oder bei einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs 2 durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 3 und 4 angegeben.JBei der erfindungsgemäßen Lösung spielen folgende Überlegungen eine Rolle: Die auf ^In a circuit according to the preamble of claim 1, this object is given by the features indicated in the characterizing part Features solved, or with a circuit according to the preamble of the independent claim 2 solved by the features specified in the characterizing part of claim 2. Further developments are in the subclaims 3 and 4.JBei the invention Solution, the following considerations play a role: The on ^
Frequenzinterval entfallende Rauschleistung· nimmt mit zunehmender Frequenz zu. Die Amplitudenstatistik üblicherNoise power omitted from the frequency interval · increases increasing frequency. The amplitude statistics more common
030047/0301030047/0301
- 5 - ' H 79/56- 5 - 'H 79/56
Audiosignale zeigt im mittleren und hohen Frequenzbereich einen niedrigeren Amplitudenverlauf als im unteren Frequenzbereich. Es wurde herausgefunden, daß auch bereits im niederfrequenten Kompanderkanal die höherfrequenten Signalanteile schwächer vertreten sind als die niederfrequenten. Aus diesen Überlegungen wurde gefolgert, daß eine höhere Rauschunterdrückung erzielbar ist, wenn die Signalkompandierung im oberen Frequenzbereich des niederfrequenten Kanals bereits bei kleineren Signalamplituden.erfolgt als im unteren Frequenzbereich. Eine Zunahme des öauschpunipens im unteren Frequenzbereich durch diese Maßnahme ist wegen der schwächeren höher-frequenten oignalanteile praktisch nicht zu erwarten.Audio signals show a lower amplitude curve in the middle and high frequency range than in the lower Frequency range. It was found that even in the low-frequency compander channel the higher-frequency Signal components are represented weaker than the low-frequency ones. From these considerations it was concluded that a higher noise suppression can be achieved if the signal companding in the upper frequency range of the low-frequency channel already with smaller signal amplitudes than in the lower frequency range. An increase in the exchange rate in the lower frequency range this measure is practically not to be expected because of the weaker, higher-frequency signal components.
Anschließend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.Below is an embodiment of the invention explained.
Die Zeichnung zeigt eine Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit Aufteilung des Frequenzspektrums in zwei Kanäle. Dem Kompander v/erden die Eingangssignale über eine Eingangsklemme 1 zugeführt und über einen Kondensator 2 an den nichtinvertierenden Eingang 5 eines Di.l"ferenzverstärkers 4- angelegt. Zwischen dem nichtinvertierenden Eingang 5 und Masse ist ein Widerstand 3 angeordnet, der zur Festlegung eines bestimmten Eingangswiderstandes dient. Von dem Ausgang 7 des DifferenzVerstärkers 4 ist ein Gegenkopplungsweg zu dem invertierenden Eingang 6 geführt. Bei der Betriebsart "Kompression" verläuft der Gegenkopplungsweg für das obere Frequenzband über eine steuerbare Filteranordnung 16 und für das untere Frequenzband über eine steuerbare Filteranordnung 22 zu einer Vereinigungsschaltung 38· Die Vereinigungsschaltung 38 ist als nichfcinverbierender Summierverstärker ausgebildet. Der weitere Gegenkopplungsweg verläuft von dem Ausgang der Vereinigungsschalfcung über einen Kondensator 15,The drawing shows a circuit for optional automatic dynamic compression or expansion with division of the frequency spectrum into two channels. The input signals are grounded to the compander via an input terminal 1 and fed through a capacitor 2 to the non-inverting Input 5 of a Di.l "reference amplifier 4- applied. Between the non-inverting input 5 and Ground is a resistor 3, which is used to define a certain input resistance. from the output 7 of the differential amplifier 4 is a negative feedback path led to the inverting input 6. In the "compression" operating mode, the negative feedback path for the upper frequency band runs through a controllable filter arrangement 16 and for the lower frequency band via a controllable filter arrangement 22 to a combining circuit 38 · The combining circuit 38 is as non-interfering summing amplifier formed. Of the further negative feedback path runs from the output of the Union circuit via a capacitor 15,
Θ300Α7/0301Θ300Α7 / 0301
- 6 - H 79/36- 6 - H 79/36
einen ersten Schalter 12, einen zweiten Schalter 10 und einen weiteren Kondensator 9 zu dem invertierenden Eingang 6 des Differenzverstärkers 4. Durch den niederohmigen Ausgang der Vereinigungsschaltung 33 wird ein direkter Gegenkopplungsweg des Verstärkers 4 über einen V/iderstand 8 für das Signal unterbrochen. Dieser Weg dient nur noch zur Einstellung des Arbeitspunktes. a first switch 12, a second switch 10 and another capacitor 9 to the inverting one Input 6 of the differential amplifier 4. Through the low-resistance output of the combination circuit 33 a direct negative feedback path of the amplifier 4 is interrupted via a V / resistor 8 for the signal. This path is only used to set the operating point.
Der Signalweg verläuft vom Ausgang 7 des Differenzverstärkers 4 über einen Kondensator 11 zu einer Ausgangsklemme 14. An dieser Ausgangsklemme sind bei der Betriebsart "Kompression" die komprimierten Nutzsignale abgreifbar. In der Betriebsart "Expansion" wird der Schalter 10 in die nicht eingezeichnete Stellung gelegt. . Der Gegenkopplungsweg des Differenzverstärkers 4 verläuft dann vom Ausgang 7 über den Widerstand 8 zum invertierenden Eingang 6. Die bei der Betriebsart "Kompression" im Gegenkopplungsweg liegenden Schaltungselemente sind bei "Expansion" im Signalweg angeordnet. Der Signalweg bei der Betriebsart "Expansion" verläuft dann vom Ausgang 7 des Differenzverstärkers 4 über die bereits erwähnten steuerbaren Filteranordnungen 16, 22 zu der VereinigungESchaltung 38. Vom Ausgang der Vereinigungsschaltung verläuft der Signalweg weiter über den Kondensator I5 und den Schalter 12 zu einer AusgangsklemmeThe signal path runs from output 7 of the differential amplifier 4 via a capacitor 11 to an output terminal 14. This output terminal is at the operating mode "Compression" the compressed useful signals can be tapped. In the "Expansion" operating mode, the Switch 10 placed in the position not shown. . The negative feedback path of the differential amplifier 4 runs then from output 7 through resistor 8 to the inverting one Input 6. The circuit elements located in the negative feedback path in the "Compression" operating mode are arranged in the signal path for "Expansion". The signal path in the "Expansion" operating mode runs then from the output 7 of the differential amplifier 4 via the already mentioned controllable filter arrangements 16, 22 to the merging circuit 38. From the output of the merging circuit the signal path continues via capacitor I5 and switch 12 to an output terminal
Wird der Schalter 12 in die nicht eingezeichnete Stellung gebracht, so ist der Kompander unwirksam und die an der Eingangsklemme 1 anliegenden Eingangssignale werden mit der konstanten Verstärkung 1 über den Differenzverstärker 4 und den Kondensator 11 an die Ausgangsklemmen 13 und geführt.If the switch 12 is brought into the position not shown, the compander is ineffective and the one on the Input signals applied to input terminal 1 are transmitted with constant gain 1 via the differential amplifier 4 and the capacitor 11 to the output terminals 13 and guided.
Die Steuerung des Übertragungsmaßes bei jedem steuerbarenThe control of the transfer rate for each controllable
030047/0301030047/0301
- 7 - H 79/36- 7 - H 79/36
Filter erfolgt über jeweils einen der FiIteranordnungen zugeordneten Zweigweg mit einem Steuerspannungserzeuger. Für den hochfrequenten Kanal ist ein Zweigweg 21 und für den niederfrequenten Kanal ein Zweigweg 31 vorgesehen. Die Zweigwege sind bis auf an ihren Eingängen und den Steuerspannungserzeugern liegende Bewertungsfilter sowie die Zeitkonstanten in den zur Steuerspannungserzeugung dienenden Gleichrichtern im wesentlichen gleich aufgebaut. Der Aufbau wird hier an dem Zweigweg für den niederfrequenten Kanal erläutert. Die bereits in der Dynamik verminderten Signale werden über das Bewertungsfilter 32 und ein Trimmpotentiometer 33 dem Eingang eines steuerbaren Verstärkers 34- zugeführt. Dieser Verstärker ist wie auch das entsprechende steuerbare Filter 22 durch einen steuerbaren Widerstand 35 in der Verstärkung steuerbar. Die Verstärkung wird dabei so gesteuert, daß die an der Eingangsklemme 1 angelegten Signale am Eingang des Zweigweges 31 im stationären Zustand auf den halben Dynamikwert und hinter dem Verstärker 3^ auf "den Dynamikwert Null reduziert werden. Die Ausgangssignale des Verstärkers 34- werden über ein Bewertungsfilter 36 einem Steuerspannungserzeuger 37 zugeführt.The filter takes place via one of the filter arrangements associated branch path with a control voltage generator. For the high frequency channel is a branch path 21 and for A branch path 31 is provided for the low-frequency channel. The branch paths are weighting filters as well as being at their inputs and the control voltage generators the time constants in the rectifiers used to generate the control voltage have essentially the same structure. Of the The structure is explained here on the branch path for the low-frequency channel. Those already diminished in dynamics Signals are passed through the weighting filter 32 and a Trimming potentiometer 33 is supplied to the input of a controllable amplifier 34-. This amplifier is like that too corresponding controllable filter 22 can be controlled in gain by a controllable resistor 35. the Gain is controlled in such a way that the at the input terminal 1 applied signals at the input of the branch path 31 in the steady state to half the dynamic value and behind the amplifier 3 ^ to "the dynamic value Be reduced to zero. The output signals of the amplifier 34- are a control voltage generator via an evaluation filter 36 37 supplied.
Der SteuerSpannungserzeuger 37 ist mit den Steuereingängen des steuerbaren Widerstandes 35 und einem im steuerbaren Filter 22 angeordneten steuerbaren Widerstand 30 verbunden und steuert die Widerstände im Sinne einer Widerstandsverminderung bei zunehmender Nufczsignalamplitude. Die zwei steuerbaren Filteranordnungen unterteilen das Frequenzspektrum in zwei Frequenzbänder. Die Frequenzcharakteristik ist vorzugsweise so bemessen, daß sich die Frequenzgänge benachbarter Kanäle bei -3 dB schneiden.The control voltage generator 37 is connected to the control inputs of the controllable resistor 35 and a controllable resistor 30 arranged in the controllable filter 22 and controls the resistances in the sense of a resistance reduction with increasing Nufczsignalamplitude. The two controllable filter arrangements subdivide that Frequency spectrum in two frequency bands. The frequency characteristic is preferably dimensioned so that the Cut the frequency responses of neighboring channels at -3 dB.
Der Kanal für das hochfrequente Band 16 enthält einen Hochpaß aus einem Kondensator 17 sov/ie der Reihenschaltung eines Widerstandes 18 und 20. Von dem gemeinsamen Ver-The channel for the high-frequency band 16 contains a high-pass filter composed of a capacitor 17 and the series circuit of a resistance 18 and 20. From the common
03 00 4 7/030103 00 4 7/0301
- 8 - H 79/36- 8 - H 79/36
bindungspunkt der Widerstände 18 und 20 wird das Signal einerseits für -den Zweigweg 21 abgegriffen, andererseits wird das oignal direkt einem als Stellglied dienenden steuerbaren Widerstand 19 zugeführt. Der steuerbare Widerstand 19 ist an seinem anderen Ende mit dem Eingang der Vereinigungsschaltung 38 verbunden. Der für die Pegelanpassung des dem Stellglied zugeführten Signals verwendete Spannungsteiler aus den Widerständen 18 und 20 wird mit in das frequenzbestimmende Hochpaßfilter einbezogen.connection point of the resistors 18 and 20, the signal is tapped on the one hand for the branch path 21, on the other hand the oignal is fed directly to a controllable resistor 19 serving as an actuator. Of the controllable resistor 19 is at its other end with connected to the input of the merging circuit 38. Of the voltage dividers from the resistors used to adjust the level of the signal fed to the actuator 18 and 20 are included in the frequency-determining high-pass filter included.
Der niederfrequente Kanal enthält zur Kanaltrennung ein dem Hochpaßfilter 17, 18, 20 entsprechendes Tiefpaßfilter aus einem Widerstand 24 und einem Kondensator 23. Mit dem Tiefpaßfilter ist ein als Trennverstärker dienender Spannungsjfolger 25 verbunden. Vom Ausgang des Trennverstärkers 25 wird einerseits das Signal für den Zweigweg 31 abgegrifen, andererseits wird das Signal einen ebenfalls als Tiefpaß ausgebildeten Netzwerk mit Widerständen 26 und 28 sowie einem Kondensator 27 zugeführt. Dieses Netzwerk besitzt eine niedrigere andere Grenzfrequenz als das Filter 23, 24· und dient zur Höhenanhebung bei der Betriebsart "Kompression" und Höhenabsenkung bei der Betriebsart "Expansion". Die bei "Kompression" erforderliche komplementäre Frequenzcharakteristik kommt dadurch zustande, daß das Netzwerk bei "Kompression" im Gegenkopplungsweg des Verstärkers 4- liegt. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 26 mit dem Kondensator 27 ist über einen Impedanzwandler 29 und ein Dämpfungsglied 39, 40 zur Pegelanpassung entsprechend dem Dämpfungsglied 18, 20 i-m hochfrequenten Kanal mit dem einen Anschluß eines steuerbaren Widerstandes 30 verbunden. Der andere Anschluß des steuerbaren Widerstandes 50 ist mit der Vereinigungsschaltung 38 verbunden. Die Vereinigungsschaltung 38 ist als nichtinvertierender Summierverstärker ausgebildet, um die von den steuerbaren Filtern verursachte Dämpfung wieder auszu-The low-frequency channel contains a low-pass filter corresponding to the high-pass filter 17, 18, 20 and comprising a resistor 24 and a capacitor 23 for channel separation. A voltage follower 25 serving as an isolation amplifier is connected to the low-pass filter. On the one hand, the signal for the branch path 31 is tapped from the output of the isolating amplifier 25; This network has a lower cut-off frequency than the filter 23, 24 · and is used to increase the treble in the "compression" operating mode and to lower the treble in the "expansion" operating mode. The complementary frequency characteristic required for "compression" is due to the fact that the network is located in the negative feedback path of amplifier 4 for "compression". The connection point of the resistor 26 to the capacitor 27 is connected via an impedance converter 29 and an attenuator 39, 40 are connected to level adjustment in accordance with the attenuator 18, 20 i- m high-frequency channel to the one terminal of a controllable resistor 30th The other terminal of the controllable resistor 50 is connected to the combining circuit 38. The combining circuit 38 is designed as a non-inverting summing amplifier in order to compensate for the attenuation caused by the controllable filters.
030047/0301030047/0301
- 9 - H 79/35- 9 - H 79/35
gleichen.same.
Da's Bewertungsfilter 36 besitzt die gleiche Frequenzcharakter Is eile wie das im Gegenkopplungsbetrieb arbeitende Netzwerk 26, 27, 28.- Dadurch wird eine gleiche Frequenzcharakteristik für die geregelten Kettenverstärker 4 (beim niederfrequenten Kanal) und 34 erzielt. Dies ist im Interesse eines geraden und parallelen Verlaufs der frequenzabhängigen Kennlinien-Scharen im Kompressions-Expansions-Diagramm. Es ist nicht erforderlich, daß das Filter 36 unmittelbar von dem Gleichrichter 37 liegt; es kann auch vor dem Verstärker 34 angeordnet sein oder mit dem'die Kanaltrennung bewirkenden Filter 32 gemeinsam ausgebildet sein.Da's weighting filter 36 has the same frequency character Is rush like that working in negative feedback mode Network 26, 27, 28.- This creates the same frequency characteristic for the regulated chain amplifiers 4 (for the low frequency channel) and 34. This is in the interest of a straight and parallel course of the frequency-dependent family of characteristic curves in the compression-expansion diagram. It is not necessary, that the filter 36 is directly from the rectifier 37; it can also be in front of the amplifier 34 be arranged or with the effect of channel separation Filter 32 be formed together.
030047/0301030047/0301
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